Titanlegierung

Metallischer Gläser für Leichtbauanwendungen entwickelt

| Redakteur: Dorothee Quitter

Amorphe Metalle ähneln in ihren Eigenschaften eingefrorenen Flüssigkeiten. Sie sind schockabsorbierend, kratzfest und haben auch noch sehr gute Federeigenschaften.
Amorphe Metalle ähneln in ihren Eigenschaften eingefrorenen Flüssigkeiten. Sie sind schockabsorbierend, kratzfest und haben auch noch sehr gute Federeigenschaften. (Bild: Wolfgang Hartmann)

Forscher der Universität des Saarlandes haben in Zusammenarbeit mit dem Technologiekonzern Heraeus eine neue Klasse amorpher Metalle entwickelt, die sehr leicht ist und gleichzeitig eine hohe Festigkeit besitzt.

Gegenüber bisherigen Werkstoffen aus der Klasse der sogenannten amorphen Metalle haben die Legierungen mehrere entscheidende Vorteile: Die Verbindungen bestehen hauptsächlich aus Titan und Schwefel und damit aus Elementen, die sehr häufig auf der Erde vorkommen und industriell sehr gut nutzbar sind. Und anders als amorphe Metalle auf Basis von Zirkonium, Palladium oder Platin ist Titan verhältnismäßig günstig, ebenso wie der Schwefel, der darüber hinaus keine hochgiftige Wirkung hat wie die in solchen Legierungen bisher häufig verwendeten Elemente Beryllium oder Phosphor.

Die sehr leichten Legierungen aus Titan und Schwefel sind fast doppelt so fest wie gängige Metalle auf Titanbasis und eignen sich hervorragend beispielsweise für Leichtbauteile in der Luft- und Raumfahrt. Das Verfahren, nach dem die Forscher dieses so genannte Metallische Glas hergestellt haben, ist essenziell für diese Eigenschaften. Denn die über 1100 °C heiße Schmelze wird blitzartig abgekühlt, so dass keine klassische Legierung entsteht, deren Atome sich während des lang andauernden Abkühlens in einem regelmäßigen Kristallgitter anordnen. Dadurch, dass die Schmelze in weniger als einer Sekunde herabgekühlt wird, erstarrt sie in der ungeordneten Atomstruktur der Schmelze. Dieser strukturelle Zustand wird auch als Glas bezeichnet. Dieses Chaos im Aufbau verleiht dem Metallischen Glas Eigenschaften, die ganz anders sind als die der herkömmlichen Legierung derselben Ausgangsstoffe. Diese Metallischen Gläser sind fest wie Stahl, aber gleichzeitig elastisch wie Kunststoff.

Das Start-up "Amorphe Metalle" des Technologiekonzerns Heraeus unterstützte die wissenschaftlichen Arbeiten der Forscher am Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe finanziell und logistisch. Mit ihm baut Heraeus seine Kompetenzen bei der Verarbeitung und Anwendung dieser hochinteressanten Materialklasse weiter aus. So können amorphe Metalle geschmolzen, gewalzt und additiv gefertigt werden. In den nächsten Monaten will Heraeus weitere neue amorphe Legierungen entwickeln und Komponenten in Zusammenarbeit mit verschiedenen Partner aus der Industrie und Forschung bauen sowie neue Anwendungsfelder erschließen.

Die neue Legierungsklasse wurde in Zusammenarbeit mit der Patentverwertungsagentur der saarländischen Hochschulen zum Patent angemeldet. Das global agierende Familienunternehmen Heraeus hat sich für den größten Teil der neuen Legierungen die Verwertungsrechte gesichert, so dass die Chancen gut stehen, dass diese ihren Weg in die industrielle Nutzung finden werden.

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